【摘 要】
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由于全球能源日益紧张,环境逐渐恶化,清洁新能源的开发和利用已经成为世界各国的研究热点。风能因其储存量大,无污染且可再生等一系列优点,已经在世界上许多国家得到了应用和迅速
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由于全球能源日益紧张,环境逐渐恶化,清洁新能源的开发和利用已经成为世界各国的研究热点。风能因其储存量大,无污染且可再生等一系列优点,已经在世界上许多国家得到了应用和迅速发展。
本文是以永磁直驱式风力发电系统的并网逆变装置为研究对象,由于永磁直驱式风力发电机无需电励磁装置,且风轮机与发电机转子直接耦合,省去了增速齿轮箱,这样就提高了发电的总体效率。逆变装置又是风力发电并网的核心技术,本文在分析了逆变器传统功率控制的基础上,对该策略进行改进,用基于虚拟磁链的直接功率控制策略解决了其在传统功率控制策略中存在的问题,并搭建Matlab/Simulink仿真模型和DSP数字实验平台,所研究的主要工作如下:
(1)对基于功率控制技术和速度控制技术的风力发电系统作简单介绍,并分析了永磁直驱式风力发电系统。对风力机气动模型和永磁同步发电机的数学模型进行构建,并对风能的最大功率追踪和变流电路的拓扑结构做了简单的分析。
(2)进一步从三相并网逆变器的功能及工作原理讲起,并建立了并网逆变系统的数学模型。推导了并网逆变器基于三相和两相静止坐标系下的数学模型以及旋转同步坐标系下的数学模型。简单介绍了脉宽调制技术,并详细分析SVPWM的基本原理及实现方法,为下文逆变器的控制策略和仿真实验的设计带来方便。
(3)根据三相并网逆变器的结构和需要实现的功能,分析了传统直接功率控制策略,并在省略了电网侧电压传感器的基础上,对传统功率控制改进,通过引入虚拟磁链的原理来计算瞬时功率。在积分初始值会引起直流偏置的问题上,对虚拟磁链观测器改进。根据上面提到的两种策略,用Matlab/Simulink仿真软件搭建了模型,并对得到的仿真波形进行对比,验证了策略的可行性,也为DSP控制的实现打下基础。
(4)采用TMS320F2812DSP芯片搭建了三相并网逆变器的数字控制实验平台,对于空间矢量调制方式的基于虚拟磁链控制三相并网逆变器的硬件电路设计进行阐述,又分析了软件设计的流程图,利用实验室的样机,得到实验波形对本文提出的控制策略进行了验证,实现了良好的控制效果,系统的稳定性能以及动态特性得到验证。
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